论文部分内容阅读
现如今,多家企业致力于“物联网”的建设,因而可穿戴行业发展迅速。其中,柔性传感器作为可穿戴的重要组成部分,掀起了全球研究的热潮。但是在实际应用中,已开发的柔性传感器还存在许多问题,如:金属材料延展性差,有机材料稳定性差,无机材料导电性差,1D结构更适用于小变形,2D结构测量范围窄,3D结构更适用于大形变,使得它们很难被实际应用。而石墨烯基材料具有优良的导电性、优异的机械性能以及高透光性,是一种理想的敏感材料。本论文主要从石墨烯基复合材料和柔性传感器结构设计出发,设计出两种在大变形和小变形情况下均适用,且具有较高灵敏度的柔性传感器。本论文的研究内容主要包括以下部分:1.将制备的铜纳米线(CuNWs)与氧化石墨烯(GO)复合,通过水热反应制备3D凝胶,随后搅碎抽滤成膜,并构筑柔性传感器。通过CuNWs来提高还原氧化石墨烯(rGO)的导电性,改变rGO片层间的接触方式,增加导通路径,从而提高传感器的灵敏度。该柔性传感器的适用范围广,具有0-70%的应变检测能力;灵敏度高达26%;以及1000多次的疲劳测试后仍能保持良好的性能。既能测试小变形的脉搏振动,又能检测大变形的屈肘运动,且能用于唇部运动测试,实现唇语识别的能力。2.在具有微圆柱阵列的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜上滴涂石墨烯溶液,烘干后将石墨烯/PDMS薄膜互相嵌合,构筑柔性互锁结构传感器。通过微阵列来调节石墨烯的接触面,减小噪音,再考察微圆柱阵列间距、石墨烯的滴涂量以及传感器的互锁方式对传感器导电性和灵敏度的影响。该传感器对拉伸、压力、弯曲、剪切力均有响应;且在300 Pa负载下的灵敏度为10.41 kPa-1,在10000多次的卸-负载测试中保持优良的稳定性,以及极短的响应时间(<19 ms);能区分人体运动,与双层平面传感器和单层微柱阵列传感器相比,能实现更加细致的多峰检测,对未来的医疗诊断和健康监测具有重要意义。除此之外,该多级异质互锁结构传感器能区分不同浓度的乙醇;做成阵列能识别物体形状。